CN102977959A

CN102977959A - 地下煤气化生产天然气的工艺

Info

Publication number: CN102977959A
Application number: CN2012105256890A
Authority: CN
Inventors: 晏双华; 孔秋生; 唐凤金; 范忠斌; 李繁荣; 徐建民; 夏炎华; 胡四斌
Original assignee: China Wuhuan Engineering Co Ltd
Current assignee: China Wuhuan Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: CN102977959B

Abstract

本发明涉及一种地下煤气化生产天然气的工艺，为地下煤气化生产合格天然气的提供了解决方案。技术方案包括地下煤气化生产的粗煤气经预处理除尘、除杂及除焦油后通过鼓风增压后进行常压栲胶脱硫，脱硫后的粗煤气之后被压缩，压缩工艺使用往复式压缩机，采用两段压缩的方式，粗煤气进入压缩机第一段压缩后再脱苯脱萘，然后再进入压缩机的第二段压缩，经压缩后的粗煤气气体压力为2.5-3.5MPaG，经压缩后的粗煤气再进行CO变换、加压栲胶脱硫、MDEA脱碳，净化后的气体最后进行甲烷化反应，生成满足国家标准热值要求的合成天然气。本发明设备和投资成本低、可靠性高、运行稳定、可生产满足国家标准热值要求的合成天然气。

Description

地下煤气化生产天然气的工艺

技术领域

本发明涉及一种煤制天然气工艺，具体的说是一种地下煤气化生产天然气的工艺。

背景技术

随着我国天然气消费量的不断增加，天然气供需缺口逐年扩大。为解决国内天然气的缺口问题，扩大天气然供给，近年来国内开展了多个煤制天然气项目的建设，即以煤为原料通过甲烷化合成生产天然气。常规的地面煤制天然气项目流程为：煤气化装置生产的粗煤气经CO变换、酸性气体脱除后得到净化气，净化气再经甲烷化反应及干燥后得到满足国家相关标准天然气。

煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。人们希望将煤炭地下气化得到的粗煤气应用于生产天然气以满足日益增加的天然气需求，但是煤炭地下气化技术生产的粗煤气与普通地面煤气生产的粗煤气有不同的特点：1.地下煤气化出口粗煤气压力较低，通常低于0.15MPaA（Ａ表示绝压），这个压力远低于地面煤气炉化生产的粗煤气压力。这种低压下如何满足后续系统的正常运行是需要解决的问题；2.地下煤气化生产的粗煤气主要组成较干粉煤气化及水煤浆气化的粗煤气复杂，粗煤气含有较高含量多碳物，如焦油、苯，萘等，并且地下煤气化生产的粗煤气中灰尘和杂质含量可达上千mg/Nm³。3.地下煤气化生产的粗煤气还具有气量较小，粗煤气组成不稳定等特点。若采用现有常规的天然气生产工艺会存在几个主要问题：

1）常规煤制天然气工艺一般要求粗煤气压力在3.0MPaG以上，若脱硫脱碳一次完成，则无法解决地下煤气化生产天然气工艺中的既不影响压缩机正常运行又满足CO耐硫变换二者对硫含量要求的问题；

2）地下煤气化生产的粗煤气气量较小，常规的煤制天然气工艺的酸性气体脱除技术——低温甲醇洗工艺投资过大，对本技术不适应；

3）地下煤气化生产的粗煤气接近常压，组成复杂，现有常规煤制天然气的粗煤气预处理只适合压力较高的气体，并且投资大，工艺复杂。

基于上述问题尚未得到有效解决，目前，对于地下煤气化生产天然气的工艺尚未见报导。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种设备和投资成本低、可靠性高、运行稳定、可生产满足国家标准热值要求的合成天然气的地下煤气化生产天然气的工艺。

技术方案地下煤气化生产的粗煤气经预处理除尘、除杂及除焦油后通过鼓风增压后进行常压栲胶脱硫，脱硫后的粗煤气之后被压缩，压缩工艺使用往复式压缩机，采用两段压缩的方式，粗煤气进入压缩机第一段压缩后再脱苯脱萘，然后再进入压缩机的第二段压缩，经压缩后的粗煤气气体压力为2.5-3.5MPaG，经压缩后的粗煤气再进行CO变换、加压栲胶脱硫、MDEA（N-甲基二乙醇胺）脱碳，净化后的气体最后进行甲烷化反应，生成满足国家标准热值要求的合成天然气。

所述预处理方法为粗煤气经低压废锅换热降至200℃以下，再进入洗涤塔洗涤除酚氨，同时90%wt以上的焦油和粉尘也被洗涤下来，经洗涤之后的粗煤气再通过2级电捕焦油器，将粗煤气中的焦油降至10mg/Nm³以下后再进入下一工序。

所述鼓风增压至0.05MPaG-0.08MPaG。

常压栲胶脱硫后粗煤气中的硫化物被脱除至摩尔百分数为500ppm-1000ppm；加压栲胶脱硫将粗煤气中的硫化物脱除至摩尔百分数为15-20ppm以下。

所述粗煤气在第一段压缩至0.7-1.0MPaG，在第二段压缩至2.5-3.5MPaG。

所述脱苯脱萘步骤采用的是变温吸附的工艺，变温吸附将粗煤气中的苯和萘分别脱除至5-20 mg/Nm³以下。

经MDEA脱碳之后的气体中CO₂含量降至0.8-1.5%mol。

所述预处理步骤中洗涤塔中的部分洗涤液采用后续CO变换及甲烷化工艺中生成的冷凝液。

发明人对地下煤气化生产的粗煤气进行了仔细分析，同时对现有的天然气生产工艺进行深入分析，由于地下煤气化生产的粗煤气灰尘、杂质含量也高，特别是多碳化合物含量高，因此需要先对粗煤气进行预处理降温并除去粗煤气中的大部分灰尘、包括焦油和酚氨等杂质，预处理步骤中洗涤塔中的部分洗涤液可以采用后续CO变换及甲烷化工艺中生成的冷凝液，达到节能降耗的目的。由于地下煤气化生产的粗煤气压力低，预处理工艺会使原本就较低的粗煤气的气体压力进一步下降，为了后续变换工艺的正常进行，必然需要对其进行增压，压缩采用两段增压，但粗煤气中硫含量过高可能会在压缩机的汽缸中形成固体硫，对压缩机的正常运行造成影响，因此对粗煤气进行压缩前要进行除杂的同时，还需要进行预脱硫（即常压栲胶脱硫），同时经预脱硫后的粗煤气还需满足后续CO耐硫变换对硫含量的要求，据此发明人要求在常压栲胶脱硫步骤中控制粗煤气中的硫化物被脱除至摩尔百分数为500ppm-1000ppm，进一步的，脱硫前应进行鼓风增压，以满足常压栲胶脱硫工序的压力要求。

进一步的，由于地下煤气化生产的粗煤气中苯、萘含量也较高，如果不进行脱除而直接进行CO变换则会导致苯、萘在变换装置中结碳、结晶，所述脱苯脱萘是采用变温吸附工艺，该工艺的气体压力要求正在满足在一段压缩之后，基于尽可能降低运行成本的考虑，将脱苯脱萘工艺设置在一段压缩和二段压缩之间。最终保证CO变换工艺的正常进行。在CO变换后再进行加压栲胶脱硫（使硫含量脱除至15-20ppm以下）和MDEA脱碳，进一步脱除杂质，净化后的气体再进行甲烷化即可得到完全满足国家标准热值要求的天然气。所述压缩工艺采用了往复式压缩机。所述粗煤气通过CO变换工艺调节(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)的比例，以满足后续甲烷化反应的需要，具体比例值可根据甲烷化反应的需要进行合理调节，优选甲烷化入口气体中(H₂-CO₂)/(CO+CO₂) =2.9-3.05；

有益效果：

1．本发明为地下煤气化生产合格天然气的提供了解决方案，最大程度实现了运行成本和产气量之间平衡，生产出的天然气完全满足国家标准（GB17820-2012）的热值要求。

2．采用了两次栲胶脱硫工艺对粗煤气中的硫化物进行脱除处理。具有运行费用低，原料来源丰富、无毒、价格低廉、对设备腐蚀小的特点。该方法通过氧化还原直接副产硫磺，增加了项目的经济效益；

3．CO变换与甲烷化产生的工艺冷凝液可作为粗煤气预处理工艺中洗涤塔中的洗涤水，解决了这两种工艺冷凝液的去处，降低该部分水处理的投资，同时减少了水资源的消耗。

附图说明

图1为本发明工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

地下煤气化生产的粗煤气（以下简称粗煤气）组成为：H₂：34.5%mol；CH₄：2.5%mol；N₂：0.9%mol；CO：22.64%mol；CO₂：20.20%mol；C_nH_m：0.85%mol；O₂：0.28%mol，NH₃：0.06%，硫化物：0.07%mol，H₂O：18.00%mol。温度：300℃，压力：0.02MPaG；

粗煤气首先进行预处理，粗煤气经低压废锅换热后温度被降至200℃以下，部分余热得以回收，经降温之后的粗煤气再进入洗涤塔，将粗煤气中的酚氨进行吸收，同时90%wt以上的焦油和粉尘也被洗涤下来，经洗涤之后的粗煤气再通过2级电捕焦油器将粗煤气中的焦油含量降至10mg/Nm³以下，以满足后续装置的要求。洗涤塔用的洗涤水除少量新鲜水外，其余来自于后续甲烷化和CO变换产生的工艺冷凝液；

经预处理后的粗煤气通过罗茨鼓风机将压力升高至0.05MPaG，之后进入常压栲胶脱硫装置，通过常压栲胶脱硫将粗煤气中的硫化物降至1000ppm；

出常压栲胶脱硫的粗煤气通过往复式压缩机增压，第一段压缩后的出口气体压力为0.7MPaG，一段增压后的气体通过变温吸附的方式将粗煤气中苯和萘进行净化脱除至20mg/Nm³以下，之后粗煤气再进入第二段压缩，第二段压缩后的气体出口压力为2.5MPaG。

增压之后的粗煤气在催化剂的作用下进行CO变换反应得到满足后续甲烷化反应要求的(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)比例，CO变换采用耐硫变换， CO变换产生的工艺冷凝液被送至粗煤气预处理工艺中的煤气洗涤塔，作为洗涤用水。CO变换的180℃以上的反应热用来副产低压蒸汽，180-60℃的反应余热则被用来预热除盐水，60℃以下的热量通过循环水带走。

经变换后的粗煤气再经加压栲胶脱硫将粗煤气中的硫化物降低至15ppm以下。

经加压栲胶脱硫后的粗煤气进入MDEA脱碳装置进行MDEA脱碳，，将粗煤气中的CO₂含量脱除至1.5%mol。

经MDEA脱碳后的净化气通过多级甲烷化反应生成热值满足国家标准的合成天然气。本实施例中，甲烷化工艺入口气体要求(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)为3.04。甲烷化产生的工艺冷凝液被送至粗煤气预处理装置中的煤气洗涤塔，作为洗涤用水。甲烷化的反应热除满足反应自身的换热网络外，副产过热高、中压蒸汽。

出甲烷化装置的SNG组成为：天然气压力为：1.4MPaG，温度：40℃。主要组成为：CH₄：91.92%mol、H₂：1.82%mol、CO₂：0.91%mol、N₂：4.89%mol、H₂O：0.48%mol。低热值为30. 88MJ/m³，高热值达34.367MJ/m³，各项指标满足GB 17820-2012对天然气的要求。

实施例2：

地下煤气化生产的粗煤气组成为：H₂：30.50%mol；CH₄：3.51%mol；N₂：0.7%mol；CO：25.26%mol；CO₂：20.42%mol；C_nH_m：1.20 %mol；O₂：0.28%mol，NH₃：0.06%，硫化物：0.07%mol，H₂O：18.00%mol。温度：220℃，压力：0.02MPaG；

粗煤气首先进行预处理，粗煤气经低压废锅之后温度被降至200℃以下，部分余热得以回收。经降温之后的粗煤气再进入洗涤塔，目的是将粗煤气中的酚氨进行吸收，同时90%wt以上的焦油和粉尘被洗涤下来，经洗涤之后的粗煤气再通过2级电捕焦油器，将粗煤气中的焦油降至5mg/Nm³以下，以满足后续装置的要求。洗涤塔用的洗涤水除少量新鲜水外，其余来自于后续甲烷化和CO变换产生的工艺冷凝液。

出预处理装置后的粗煤气通过罗茨鼓风机将压力升高至0.08MPaG。之后进入常压栲胶脱硫装置，通过常压栲胶脱硫将粗煤气中的硫化物降至500ppm。

出常压栲胶脱硫的粗煤气通过往复式压缩机增压，第一段压缩机出口气体压力为1.0MPaG，一段增压后的气体通过变温吸附的方式将粗煤气中苯和萘进行净化脱除至5mg/Nm³以下，之后气体再进入第二段压缩，第二段压缩后的气体出口压力为3.5MPaG。

增压之后的粗煤气在催化剂的作用下进行CO变换反应得到满足后续甲烷化反应要求的(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)比例。CO变换采用耐硫变换，CO变换产生的工艺冷凝液被送至粗煤气预处理装置中的煤气洗涤塔，作为洗涤用水。CO变换的180℃以上的反应热用来副产低压蒸汽，180-60℃的反应余热则被用来预热除盐水，60℃以下的热量通过循环水带走。

经变换后的粗煤气再经加压栲胶脱硫将粗煤气中的硫化物降低至20ppm以下。

出所述加压栲胶脱硫装置的粗煤气进入MDEA脱碳装置进行MDEA脱碳，，将粗煤气中的CO₂含量脱除至0.8%mol。

出MDEA脱碳装置的净化气通过多级甲烷化反应生成热值满足国家标准的合成天然气。本实施例中，甲烷化工艺入口气体要求(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)为3.05。甲烷化产生的工艺冷凝液被送至粗煤气预处理装置中的煤气洗涤塔，作为洗涤用水。甲烷化的反应热除满足反应自身的换热网络外，副产过热高中压蒸汽。

出甲烷化装置的SNG组成为：天然气压力为：2.5MPaG，温度：40℃。主要组成为：CH₄：93.22%mol、H₂：1.91%mol、CO₂：0.88%mol、N₂：3.72%mol、H₂O：0.27%mol。低热值为30.88MJ/m³，高热值达34.86MJ/m³，各项指标满足GB 17820-2012对天然气的要求。

实施例3：

地下煤气化生产的粗煤气组成为：H₂：36.21%mol；CH₄：3.51%mol；N₂：0.5%mol；CO：20.26%mol；CO₂：20.42%mol；C_nH_m：0.69 %mol；O₂：0.28%mol，NH₃：0.06%，硫化物：0.07%mol，H₂O：18.00%mol。温度：220℃，压力：0.02MPaG；

粗煤气首先进行预处理，粗煤气经低压废锅之后温度被降至200℃以下，部分余热得以回收。经降温之后的粗煤气再进入洗涤塔，目的是将粗煤气中的酚氨进行吸收，同时90%wt以上的焦油和粉尘被洗涤下来，经洗涤之后的粗煤气再通过2级电捕焦油器，将粗煤气中的焦油降至8mg/Nm³以下，以满足后续装置的要求。洗涤塔用的洗涤水除少量新鲜水外，其余来自于后续甲烷化和CO变换产生的工艺冷凝液。

出预处理装置后的粗煤气通过罗茨鼓风机将压力升高至0.06MPaG。之后进入常压栲胶脱硫装置，通过常压栲胶脱硫将粗煤气中的硫化物降至700ppm。

出常压栲胶脱硫的粗煤气通过往复式压缩机增压，第一段压缩机出口气体压力为0.8MPaG，一段增压后的气体通过变温吸附的方式将粗煤气中苯和萘进行净化脱除至15mg/Nm³以下，之后气体再进入第二段压缩，第二段压缩后的气体出口压力为3.0MPaG。

出所述加压栲胶脱硫装置的粗煤气进入MDEA脱碳装置进行MDEA脱碳，将粗煤气中的CO₂含量脱除至1.0%mol。

出MDEA脱碳装置的净化气通过多级甲烷化反应生成热值满足国家标准的合成天然气。本实施例中，甲烷化工艺入口气体要求(H₂-CO₂)/(CO+CO₂)为2.9。甲烷化产生的工艺冷凝液被送至粗煤气预处理装置中的煤气洗涤塔，作为洗涤用水。甲烷化的反应热除满足反应自身的换热网络外，副产过热高中压蒸汽。

出甲烷化装置的SNG组成为：天然气压力为：2.0MPaG，温度：40℃。主要组成为：CH₄：94.71%mol、H₂：1.23%mol、CO₂：1.07%mol、N₂：2.66%mol、H₂O：0.34%mol。低热值为31.73MJ/m³，高热值达 35.32MJ/m³，各项指标满足GB 17820-2012对天然气的要求。

Claims

1.一种地下煤气化生产天然气的工艺，其特征在于，地下煤气化生产的粗煤气经预处理除尘、除杂及除焦油后通过鼓风增压后进行常压栲胶脱硫，脱硫后的粗煤气之后被压缩，压缩工艺使用往复式压缩机，采用两段压缩的方式，粗煤气进入压缩机第一段压缩后再脱苯脱萘，然后再进入压缩机的第二段压缩，经压缩后的粗煤气气体压力为2.5-3.5MPaG，经压缩后的粗煤气再进行CO变换、加压栲胶脱硫、MDEA脱碳，净化后的气体最后进行甲烷化反应，生成满足国家标准热值要求的合成天然气。

2.如权利要求1所述的地下煤气化生产天然气的工艺，其特征在于，所述预处理方法为粗煤气经低压废锅换热降至200℃以下，再进入洗涤塔洗涤除酚氨，同时90%wt以上的焦油和粉尘也被洗涤下来，经洗涤之后的粗煤气再通过2级电捕焦油器，将粗煤气中的焦油降至10mg/Nm³以下后再进入下一工序。

3.如权利要求1或2所述的地下煤气化生产天然气的工艺，其特征在于，所述鼓风增压至0.05MPaG-0.08MPaG。

4.如权利要求1或2所述的地下煤气化生产天然气的工艺，其特征在于，常压栲胶脱硫后粗煤气中的硫化物被脱除至摩尔百分数为500ppm-1000ppm；加压栲胶脱硫将粗煤气中的硫化物脱除至摩尔百分数为15-20ppm以下。

5.如权利要求1或2所述的地下煤气化生产天然气的工艺，其特征在于，所述粗煤气在第一段压缩至0.7-1.0MPaG，在第二段压缩至2.5-3.5MPaG。

6.如权利要求1或2所述的地下煤气化生产天然气的工艺，其特征在于，所述脱苯脱萘步骤采用的是变温吸附的工艺，变温吸附将粗煤气中的苯和萘分别脱除至5-20 mg/Nm³以下。

7.如权利要求1或2所述的地下煤气化生产天然气的工艺，其特征在于，经MDEA脱碳之后的气体中CO₂含量降至0.8-1.5%mol。

8.如权利要求1或2所述的地下煤气化生产天然气的工艺，其特征在于，所述预处理步骤中洗涤塔中的部分洗涤液采用后续CO变换及甲烷化工艺中生成的冷凝液。